檢測技術是我國制造技術的短板
發布時間：2015-10-21
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來源：中國計量網
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9月10日下午，中國-以色列機器人與智能制造項目對接會暨發展戰略交流會在廣州舉行。新華網廣東頻道對此次會議進行現場直播。華南理工大學機械與汽車工程學院院長張憲民教授做關于“納米機器人與納米定位控制器”主題演講。張憲民研究的主要方向是精密定位與精密操作、機器人技術、精密制造裝備等。他表示，目前，我國制造技術的短板主要是檢測技術，檢測裝備沒有完善。在微納操作里，這是一個比較大的市場。
以下是講話全文：
剛才席勒教授講的機器人，從應用機器人到工業機器人，實際上應該說，可能在未來的發展上都會對我們的工業界有很大的貢獻。
我所在的華南理工大學機械與汽車工程學院有300多名教職工，有2600本科生、1800研究生，有5個系，2個所，有機械制造工程系、汽車工程系、工業裝備工程系、機電裝備工程系。我們有兩個研究所，也是國家基地、國家工程中心。
我的演講題目是“納米機器人與納米定位控制器”，剛才席勒教授講的是宏觀的，在整個機器人體系上面既有宏觀的，也有微觀的。在整個產業鏈上，比如說在納米層面上，其實未來它在工業界會起一個非常重要的作用，可能未來對工業的貢獻也是巨大的。我介紹一下我們這方面的基本情況和研究情況。
首先介紹一下背景，我們肉眼可以看到的，大概是亞毫米級，我們看到幾百個微米的東西，再小我們就看不見了，實際上我們看不見的東西更精彩。我們周圍充滿微小的顆粒，我們看不見，包括PM2.5，它是客觀存在的。
美國的一個特別有名的物理學家談到，在底層、在微小領域有太多事情可做。這一定會引起工業界足夠的重視，他所說的這個東西，指的就是微納，納米技術與生物技術、信息技術并列為21世紀的三大科技，廣州是科技中心，科學城是廣州的科技中心。這三大技術是高技術競爭的制高點，納米制造和納米制造相關的，例如納米機器人是支撐他們走向應用的一個重要基礎。這塊應該引起產業界、引起各個方面的足夠重視。
我們這里說的Nanorobotics（注：納米機器人），它并不是指機器人的本身是Nanorobotics。它做的事情，它自身的移動精度是納米級的。基于納米、微納，它也是一種生產加工的手段，這里說的就是這種微納操作。大家對這種常規的操作，就是常規的加工，我們比較熟悉的，像車洗爆膜，還有更小的范圍，在雅納米級里面，還有自組裝等設備。Nanorobotics是目前彌補我們原來傳統生產的不足，目前這方面我們和德國在合作。
到底可以做什么呢？比如說這里的納米探管，納米探管一直是一個非常熱的研究領域。納米探管怎么組裝，組裝成一個新的結構，納米探管的檢測。前幾年，克隆技術非常的火爆，現在大家還在不斷的研究，克隆技術的一個重要工作是什么呢？就是不斷的做細胞相關的工作，細胞相關的操作也是用了微納機器人。
在一個特別重要的領域，就是測量領域。比如說大工程電路，線寬、光刻的深度。大工程電路的量產可以到40幾個納米，它怎么檢測？所以必須要用到有納米級精度的定位系統，這些操作系統、機器人系統去做。
這里舉一個簡單的例子，例如AFM，這個顯微鏡，大家看這個操作臺，右邊的操作臺，上面有待檢測的目標，實際上我要對這個檢測目標進行掃描檢測。現在顯微鏡用的非常普及，對樣品進行檢測的時候，我們要進行全域的掃描，全域的掃描就需要一個納米精度的掃描器，最后才可以檢測出結果?，F在在生物領域、材料領域、電子制造領域，這樣的事情是經常要做的。這是一個掃描電鏡，它是怎么工作的。它一定要有一個納米精度的載物臺。
這是一個大工程電路，從研磨板、鏡頭、硅片，我們在光刻的過程中，不是一蹴而就的，不是一下子就光刻出來的，它需要中途反復多次的換研磨板，這個精度要在幾個納米中間。如果我們做45大工程電路，就需要5納米的精確定位。我們的手機里面用的芯片，大部分是大工程電路的制造方式做出來的芯片，實際上這些技術，我們可能不了解，但實際上就在我們身邊。
還有我們的光纖對接，像我們這個年齡，我們的父輩、母親，小時候他們給我們做衣服，要有針有線，把針和線穿在一起。我們兩只手的正常定位精度就是幾個毫米，現在光纖定位，這個定位精度，光纖里面跑了幾百路的信號，它的對接精度是幾十個納米。我還是用兩只手，什么手？機械手，微納操作的機械手來完成納米級定位操作。這也是一個高技術，這里面一定有豐厚的利潤。現在類似的光纖對接，等等相關的類似產業一定是一個很大的產業。我想未來我們的科學城，未來廣州應該有相應的企業來承擔這樣的事情，不僅僅是做一般的工業機器人。
目前，我們國家很多的制造技術短板是檢測技術不行，檢測裝備不完善。往往檢測裝備對精度有更高的要求，大家對這樣的事情要做測試的時候，你想想我們的工具，我們納米級的機器人，有時候往往要用幾十甚至幾百個，一起來協同操作。我們宏觀的、正常的機器人操作是一樣的。但是到微觀里面操作，往往這樣的事情就需要非常高的精度。高精度就意味著它一定有高附加值，目前我們的機器人上了很多，都做傳統機器人，其實這里面的利潤是越來越薄了。如果我們想再往前踏一步，我們就必須到相應的這些領域里面試水。
德國做的用于微納測試的機器人，它的精度到了0.25個納米。這就是為什么德國人賺了很多錢，它總是在喝頭啖湯，未來我們的廣州科學城能不能有幾個企業喝頭啖湯。這是我們和德國一所大學在合作，我們希望在掃描電鏡聯合運用做微納操作的事情，這也歡迎未來有朋友到我們實驗室去參觀。
稍微說一下我們的實驗室，前面我們說的都有涉獵。我們這個實驗室叫PEMT，我們大概做幾件事情？我們學院跟廣州機械科學研究院共同在做一個工業機器人創新支撐平臺，這個創新支撐平臺，我們做三件事情。第一件事情是做共性技術；另外一個事情是做檢測，現在我們為工業界服務，這些機器人該怎么檢測？現在我們馬上開始在做一個標準，就是機器人的可靠性檢測標準。第三件事情是做培訓。我感到現在很多企業界的朋友，實際上對工業機器人的認識并不是很深刻。有些老板一聽到機器人換人都非常的激動，是啊，把人換成機器人，又好管理，又穩定。但是有些事情不一定適合機器人做，有些企業界的朋友往往從一個很大的希望，很快就收獲一個很大的失望。實際上這對產業的良性發展不是一件好事情，所以我們就做了一個培訓中心?，F在培訓中心已經運行非常良好，而且有規模。我們是國內國外的機器人都有，我們有普卡的，ABB的，典型的機器人，我們都有，給大家做案例培訓，也歡迎大家去看一看。
我們做微納機器人，它的技術是什么呢？它很多方面顛覆了我們的設計方法，所以我們同時做一些設計方法的研究。我們目前主要做的是拓撲油畫的，把拓撲油畫的技術用到機器人設計上面。與工業界結合，做成裝配?；诮z網印刷的相應配套，包括太陽能、光伏太陽能生產設備，電路板無鉛檢驗設備。
這是我們的實驗室一部分場景和設備，我介紹一下，我們怎么做這個微納精密定位系統。我們現在是用一些柔順機構的思想。就是把我們傳統的機器人，機構里面的那些腳鏈去掉了。傳統的機器人，比如說幾個關節，那幾個地方的關節間隙，無論是滑動軸承和滾動軸承，這個間隙都是不可避免的。你要達到納米級別是很難做到的，我們就用柔順機構，這樣就可以做到納米級的精度。這里不可以展開說，未來有機會到我們實驗室，我再詳細介紹。
這是我們實驗室做的事情，目前微納精度方面，我們可以做到1個納米左右的精度。這是我們的實驗，我們走了一個50微米的園，定位跟蹤精度是怎樣的？比如說我們的速度，假如是4微米每秒的話，我們的精度可以到達2.9的納米，如果速度更快的話，我們的精度就可以到達1個納米以下。
這里面有一些核心的東西，技術上的東西，我們在用topology的技術，這里舉一個例子，未來可能會顛覆你的產品設計方案方法。這是一個反執行機構，通過拓撲油畫，你只是給我這塊設計，指定這邊是輸入，指定那邊是輸出。用這套方法就把設計做出來了，下面就是我們實驗室做出來的。
現在拓撲油畫可以跟3D打印有機結合，目前我們和3D打印實現無縫銜接。通過測試，我們發現比傳統的方法還要好，這個研究論文昨天剛在行內一個著名期刊上面發表了。我們還想做一個事情，希望未來可以跟企業家合作。目前微納操作里面，這是一個比較大的市場，但是微納操作里面的操作系統，目前國內沒有人生產，基本上都是買德國的東西。目前國家有一個重大的研究計劃，我們在里面承擔一個重要的項目，就是專門做微納系統的。比如說這是SEM系統，目前我們的理想是在這個里面的微納操作可以達到1個納米以內，可以滿足相應市場的需求，這樣產業化的前景會非常好，希望大家與我們一起合作。
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